电子信息技术

高密度三维系统级芯片封装关键技术

项目概况: 先进封装技术是制约我国微电子行业深入发展的技术瓶颈,国内严重缺失从研发到产业的技术力量。目前,高端芯片封装大多是在国外或境外进行,封装成本高,周期长(有数据显示,在一个中等规模的集成电路产品中,封装成本约为5%到10%;在高频高速集成电路产品中,封装成本提高到30%至50%,有些甚至超过60%;在系统级封装中,封装成本可能会达到70%。)。同时再加上在国外进行封装会面临诸多技术安全方面的问题,先进封装技术也成为影响国家安全的核心技术。 中科院微电子所组织科研力量,成立了专门从事先进电子封装技术研发的研究团队,在集成电路、光电器件、MEMS、系统级封装(SiP/SoP)、高密度封装、3D-IC和3D封装等技术前沿开展攻关,取得显著成果: (一)在国内首次实现计算机高性能专用交换芯片完全国产化的高密度封装 该封装技术采用普通材料,通过精确的设计和仿真,实现了高速信号传输。封装产品已经通过了用户单位的DFT以及功能测试,达到设计指标,并大大缩短了封装时间,降低了封装成本,产品整体性能全面超过国外封装厂封装的同一产品,该封装技术的实现意味着我国不但可独立自主完成高频、高密度芯片的封装设计,还标志着我国可以依靠国内技术进行高密度低成本的封装制造,填补了我国技术及产业发展空白,为我国大幅度提升半导体封装行业技术水平,推进高端芯片封装产业发展,开拓新路。 (二)实现多芯片高密度高速并行光电收发模块封装 该封装将4颗高速芯片高密度组装在一个硅基板上,实现了并行高速光电-电光转换功能。 技术创新性: 微电子所系统封装研究室的研究成果属国内首创,技术水平处于国际领先位置,填补了国内相关领域技术空白。同时由于项目团队采用独有的技术手段,使其在缩短封装时间、大幅度降低成本方面具有较强的国际竞争力,产品整体性能全面超过国外的同类产品。

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计算机蠕虫爆发的检测和智能控制

项目概况: 蠕虫攻击是一种对网络正常运行严重威胁的计算机网络病毒。对蠕虫的扫描行为,我们提出一种新型的黑端口监视。同时,我们提出对可感染机群数量进行动态估计,调节分布式网络控制设备的控制参数。网络模拟平台是研究、检验蠕虫及其他网络攻击和防卫策略的重要工具,本研究同时开发网络平台的支撑及辅助软件。 技术创新性: 我们的防卫技术称为“阀值智能行走”。本研究的主要创新之处在于: 1. 第一个用模拟仿真的方法证实局域网蠕虫比起传统互连网蠕虫更有破坏性, 深刻阐述为何传统的方法不能有效检控局域网蠕虫; 2. 提出了针对局域网蠕虫的黑端口检测体系; 3. 研究利用蠕虫感染性的实时估计,采用阀值智能行走的方法控制蠕虫的扩散技术研发及产业化发展方向: 针对网络蠕虫的扩散、检测和防卫的研究,基本的方法是建立全面立体的研究平台,按照从宏观简略到微观精细的层次,a. 建立数学模型,b. 编制计算机软件模拟系统,c. 搭建硬件仿真平台,全方位深入观察、提出、验证相关的理论、方法和策略。 国外利用网络模拟平台进行网络的研究、安全性评估已经相当广泛,大型信息安全公司都积极投入。我们预计国内相关的研究和产业也会迅速跟进,成为未来几年的重点。本研究所提出的方法、策略,及开发的软件平台将发挥积极的贡献。 社会经济效益: 蠕虫和僵尸网不断进化,未来的蠕虫可能会更隐秘,扩散策略更高级。最近发生的伊朗核设施被专门蠕虫(Stuxnet worm)攻击并造成严重破坏的事例,即是这种威胁的最现实的验证。本研究提出的蠕虫监测及控制方法,可以有效预警和控制蠕虫的传播,避免对网络基础设施及国民经济运行造成严重后果。 网络安全投入包括硬件、软件等方兴未艾,产值达几十亿元。本研究及网络模拟平台可服务于各重要行业关键网络,经济和社会效益巨大。

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图形处理器(GPU)关键核心技术

项目概况: 本项目致力于图形处理器(GPU)多核处理器的研究,同时探索深度流水线的并行处理新理论。本项目创新的“执行级并行处理”提供了更高效率的GPU体系结构,而实用的“矩阵浮点处理”更加精细地平衡GPU的性能和成本,进一步提高GPU的效率。 本项目团队较早进入GPU芯片的研制。从02年国家863数字信号处理器重点项目开始,07年得到 中科院“百人计划”多核处理器专项的支持,08年“863”媒体处理器重大项目的支持,到09年中科院广东省“院地合作”游戏机芯片重点项目的实施,有系统并且较大规模地进入了GPU领域,设立了“图形处理器实验室”,申报/获得有关微处理器和图形处理器十余项国家专利,支持了国产CPU系统芯片(北京君正合作)、广东省重大项目“真三维显示器”(北理工合作)、新一代三维立体电视技术(海信合作)的应用开发、新型数字电视机的应用(广东长虹电子公司)。 技术创新性: 美国已研发类似产品,但成本很高。本项目将通过自主研发,降低成本,实现规模产业化。 技术研发及产业化发展方向: 图形处理器的体系结构研究。图形处理器(GPU)主要由控制器、大规模数学运算阵列以及内存访问等组成。其中,数学运算阵列主要负责进行大规模的、高度并行的数据运算,是GPU的核心运算单元。典型的GPU系统由图形API、GPU的驱动程序以及GPU硬件三部分组成。GPU的体系结构研究主要包括对GPU的流水线,浮点处理单元阵列和实现方法的研究等。可编程GPU的特点之一是图形处理专用指令的设计,是在通用指令处理器的基础上的指令升级和扩展。主要内容是针对图形处理的需求,提取一些能够加速图形处理的专用指令,以提高目标处理器在图形处理的性能。研究内容还包括:面向移动计算的低功耗优化的研究; 图形处理器软件工具的研究,包括图形处理器编译器设计研究,软硬件调试器、仿真器和模拟器的设计研究,基于FPGA的硬件验证平台的设计研究;嵌入式图形处理器IP核的研究;图形处理器芯片实现的研究;SoC芯片设计的研究等。 本项目需要多处理器并行图像处理核心技术;预计3年内产业化; 社会经济效益: 根据目前国外销售情况,GPU年销售量估计数亿元,预计产值规模至少5亿元人民币。

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真三维超声波诊断显示系统

项目概况: 本项目设计一种真三维超声波诊断显示和实时处理系统,该系统集成了三维空间传感器阵列,三维空间建模仿真,专用高性能计算机,图形处理器,图像处理和真三维实时显示器。前期已开展项目有:真三维显示器项目是我所与北京理工大学等高校联合申报的广东省重大科技项目,目前正在我所的中山市基地实施中,我所具体负责投影机芯片的研制任务。另一项前期已开展项目是:广东省院地合作重点项目“游戏机芯片的研制”,有我所牵头,其中真三维显示器是游戏机芯片应用之一。 技术创新性: 美国已研发类似产品,但成本很高。本项目将通过自主研发,降低成本,实现规模产业化。同时,通过开拓新型技术,获得新的专利技术,又避免国际专利保护。例如,多投影机高速投影真三维显示器系统;环形网络实时图形图像处理系统。 技术研发及产业化发展方向: 关键技术研究包括:高速投影机的研制,一般采用德州仪器公司DLP投影机,每秒可达到上千帧图像;专用图形处理器的研制,用于高速投影机实时处理的需求。此外,本项目还将与医学相关研究单位合作,实现超声波诊断系统的功能。本项目需要做硬件和软件集成,最后做成产品;预计2年内产业化; 社会经济效益: 根据目前国外销售情况,年销售量估计1千台,均价50万元(单价从20万元到上数百万元),预计产值规模至少5亿元人民币。

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双模卫星导航系统授时接收机

项目概况: “卫星授时型接收机”利用GPS、GLONASS和BD等卫星导航系统提供的准确时钟基准对用户进行时间校准统一,保证不同地点的用户能够进行精确的时间同步(能够达到50纳秒)。产品可广泛应用于数字通信、移动通信、电力、铁路交通、电信与网络同步、数字广播、计量测试、航天测控、国防军工等方面。 国内“卫星授时”系统产品有很多种,有单独的GPS授时系统,也有GPS与其它系统组合授时系统,如GPS/BD、GPS/原子钟等组合授时系统;这些授时系统大部分应用在电力系统和移动通信系统中,但是无论是单GPS授时系统,还是组合授时系统,其中GPS大部分采用国外GPS OEM板进行集成;而基于国内自主产权的板级GPS授时系统还处于研发的初步阶段,特别是基于国内自主产权芯片级的GPS授时系统更是一个比较前沿的科学。 采用国外GPS OEM板进行集成的授时系统,受到GPS OEM板流通渠道、维护成本的等多种因素的影响较大,而基于自主产权芯片级的GPS授时系统不仅能够极大地减少硬件平台的成本,而且能够减少产品流通环节,降低流通渠道成本,并且使产品的升级维护非常快捷方便,很大程度上降低升级维护成本。该项目属于市场拉动型项目。 技术创新性: 产品主要完成对GPS、GLONASS和BD等卫星系统的跟踪解调,完成系统定位测速导航功能,同时要求系统能够提供授时功能。产品具有完善灵活的接口处理能力和系统异常处理能力;并且产品的设计(包括硬件和软件)具有可扩展性和可衍生性,能够快捷方便的在同一平台下开发新的卫星定位授时系统。目前,该项目的原理样机设计已取得了较大进展,初步测试授时精度达50ns,达到了国家领先水平。 技术研发及产业化发展方向: 目前,多模授时型接收机的原理性样机已经完成设计和测试,下一步的研发工作重点是产品可靠性设计和测试方案设计、批量生产相关技术研究。 产业化发展规划方面,由于产品的原理性样机已完成设计和初步测试,下一步工作重点是进行小批量试制和试用,通过小批量用户的试用反馈,在大批量应用前完善产品的功能、性能和可靠性。本产品预计1年内实现产业化,产业化目标为公司成立后第二年营业收入不低于500万,第三年不低于1500万。 社会经济效益: 国内授时型接收机的市场规模很大,经济效益预期很好。 GPS/BD双模授时系统已经成为国内授时系统的标准配置,无论是在移动通讯、电力还是在广播等系统中采用GPS授时就必须要配备BD授时系统。 业内人士估算,完成TD全国建网约需1200亿投资。按此计算,覆盖全国大概需要10万个TD基站。目前全国电力系统中,发电厂和变电站大概有4~5万个,而随着社会的发展,电力需求的加大,这个数字还在快速的增长。仅在移动通信和电力系统中授时的市场就10亿多元。而且随着市场的扩大,应用领域的增大,这个数字大概每年以20%左右的速度在增加。今后在智能电网的建设中将大量采用GPS/BD授时系统。 合作方式: 成立公司

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新一代建筑环境监测与应急系统

项目概况: 基于有/无线混合型传感网的各层技术,包括密集布网进行数据采集,高性能自组织路由协议,分布式局域协同处理,智能化环境/火情研判,事件分级响应与联动机制,实现对建筑物内环境与火险的有效监控。 技术创新性: 建立建筑内部(复杂拓扑环境和电磁兼容下的)环境/火情监测的原型系统,支持1000个以上网络节点的完全自组和被破坏后的快速恢复(如因节点断电、烧毁、移动等);分布式数据协同处理和网络流量负载均衡:实现各节点在优化后平均寿命延长50%以上;实时与超实时仿真:对环境/火情数据进行记录、分析和预测。 技术研发及产业化发展方向: 项目工作重点主要包含复杂建筑环境下无线传感器自组网、混合组网技;节点跨层协议设计,如抗干扰、信道合理使用、节能、流量与负载均衡策略;数据处理:异常(CO、温度等)识别、多节点协同预处理、分级数据处理与事件响应;通过超实时仿真计算进行态势判断与预测;SoC单芯片技术,保证低功耗、低成本节点方案,实现小体积、长工作时间(三年以上)。 社会经济效益: 社会效益:降低火灾发生概率50%以上,保护国家财产,改善人民生活质量,促进社会和谐与稳步发展;发展有自主知识产权的传感器芯片、协议栈与应用软件等核心技术 市场效益:直接促进信息集成技术、芯片、传感器终端设备市场的发展;带动物联网产业发展,创造百亿元以上经济效益。